一种敏化太阳能电池光阳极材料回收利用的方法与流程

文档序号:13674059阅读:570来源:国知局

本发明属于化学与材料的交叉领域,涉及的是一种回收敏化太阳能电池光阳极材料的方法。



背景技术:

当今世界能源紧缺、自然资源日趋枯竭、环境污染日趋严重;可持续发展、可回收利用和绿色环保成为时代发展的主题。为了解决能源问题,科学界正在大力研究开发新能源,其中太阳能的利用成为研究的热点,除了已经形成了产业化的硅太阳能电池外,各种新型薄膜太阳能电池也表现出良好的前景,但是这些太阳能电池大多数对材料的利用都是一次性的,不只是对材料的严重浪费,同时也会对环境造成污染。

新型薄膜敏化太阳能电池的制作工艺都比较类似。一般含有作为基底的透明导电材料、作为电子传输和吸附光敏化剂的纳米半导体薄膜以及作为光敏化产生光电效应的光敏化剂。做基底的材料一般是沉积氟掺杂sno2的导电玻璃,导电塑料、特殊的金属材料。制备纳米薄膜的材料有二氧化钛,氧化锌,sno2等金属氧化物半导体。光敏化剂有无机和有机两大类,无机光敏化剂主要是n3、n719等钌(ru)系金属多吡啶配合物、金属卟啉、酞菁染料;有机光敏化剂主要是吲哚类、香豆素类染料。光阳极的制备一般都是将纳米半导体材料沉积在透明导电基底上,如沉积氟掺杂sno2的导电玻璃,导电塑料片等,形成一层纳米半导体薄膜。如今无论是科学研究中还是已经在使用的薄膜太阳能电池的产品中,光阳极的使用都是一次性的,用过之后就废弃了。这不仅会造成环境的污染,而且是对材料的极大浪费。但是光阳极由其特殊的结构它的确是只能一次性的使用,不过对于光阳极所使用的材料却是可以通过一些技术手段重复利用的。

制备光阳极的透明导电基底制备工艺复杂,材料价格昂贵。敏化剂以钌系光敏化剂的光电转化效率最高;钌元素是稀有元素,地球上储量较少,价格昂贵。而且一些无机光敏化剂还对环境有污染。而沉积在导电基底上的半导体材料,其生产过程中需要消耗大量的能源和稀有矿物质。由于目前处于实验室研究阶段所研究的都是小面积的薄膜太阳能电池,一次性使用还没有带来太大的经济损失和环境危害,故还未有人提出对光阳极材料的回收。但是如果大规模应用就需要使用大面积导电基底和半导体薄膜材料。太阳光电池寿命一般是15年左右。达到使用期限的太阳光电池其光阳极导电基底和半导体材料的性能并没有发生变化,通过回收利用这两种材料依然可以用于生产新的光阳极。这其中不仅仅是对资源的重复利用,减少工业废料的产生,同时也蕴含着巨大的经济效益。



技术实现要素:

针对如今敏化太阳能电池的大规模研究,其光电转化效率与传统太阳能电池的差距越来越小,当其在大规模应用时必将面临材料的回收利用问题。

本发明提供了一种将太阳能电池制备光阳极的材料回收利用的方法,通过电解的方法使光敏化剂从光阳极脱落。再通过酸液浸泡的方法将光阳极半导体材料和导电基底分离,回收利用各部分材料的方法。将废弃的光阳极电解使光敏化剂与纳米半导体薄膜分离,然后在酸液中浸泡使其上沉积的纳米半导体薄膜分离从而回收利用这三种材料。

一种敏化太阳能电池光阳极材料回收利用的方法,其特征在于包括以下步骤:

(1)将达到使用期限的敏化太阳能电池拆解,清洗性能失效的光阳极;

(2)加负电压电解解吸附从光阳极上分离光敏化剂;

(3)酸液浸泡经步骤(1)处理后的光阳极分离纳米半导体薄膜和导电基底。

一种敏化太阳能电池光阳极材料回收利用的方法以下更具体的步骤:

(1)先将使用过的光阳极放入无水乙醇中浸泡5分钟再用无水乙醇冲洗一遍,空气条件下吹干,再通过电解解吸附使光敏化剂脱落,当光敏化剂完全脱落后将光阳极取出,用去离子水冲洗,再将电解后的电解液旋转蒸干,从其中提取光敏化剂;

(2)将经过步骤(1)处理的光阳极在去离子水中清洗干净,将清洗后的光阳极放入低浓度酸液中浸泡。将浸泡有光阳极的低浓度酸液在60摄氏度保温24小时然后从酸液中取出光阳极。将取出的光阳极在去离子水中超声10分钟使薄膜与导电基底分离;

(3)将步骤(2)所得的纳米半导体材料在无水乙醇中浸泡5分钟,用去离子水清洗10分钟,过滤烘干回收纳米半导体材料。同时对步骤(2)所得的导电基底在去离子水中超声20分钟,再用去污粉清洗导电基底两遍,用去离子水冲洗干净,放入无水乙醇中浸泡5分钟,取出用去离子水反复冲洗2遍,烘干回收导电基底。

通过酸液浸泡使纳米半导体薄膜与导电基底分离。

酸液浸泡的温度为60摄氏度,浸泡的时间为24小时。

收集制备光阳极的光敏化剂、根据不同的敏化太阳能电池其光阳极所使用的光敏化剂有钌(ru)系金属多吡啶配合物、金属卟啉、酞菁染料等无机光敏化剂,以及有机合成染料和天然有机染料等有机光敏化剂。

收集沉积在光阳极透明导电基底上的纳米半导体薄膜材料;制备纳米半导体薄膜的材料有纳米tio2、zno、zno2、sno2等纳米金属氧化物和纳米sio2等非金属氧化物。

收集制备光阳极的透明导电基底材料,导电基底有沉积氟掺杂sno2的导电玻璃(fto)、表面沉积铟锡氧化物半导体透明导电膜(ito)等tco镀膜玻璃透明半导体材料以及其他特殊金属良导体材料。

根据光阳极的不同种类,制备纳米薄膜的半导体材料和导电基底的不同而选择不同的酸液。酸液有稀硝酸、稀硫酸、稀盐酸等中强酸,以及醋酸、碳酸等弱酸。

本发明的优点是:回收利用薄膜敏化太阳能电池光阳极所使用的光敏化剂、纳米半导体材料和透明导电基底材料。为避免光敏化剂变性,通过电解使光敏化剂与半导体薄膜分离;为避免破坏导电基底的导电层,通过酸液浸泡电解后的光阳极使纳米半导体薄膜与导电基底分离,再通过一系列的去污去离子处理,回收价值较高的光敏化剂、制备纳米薄膜的半导体材料和导电基底这三种材料。

具体实施方式

具体实例如下:回收以n719染料作为光敏化剂、纳米tio2半导体材料作为薄膜材料、表面沉积氟掺杂sno2的导电玻璃作为导电基底的染料敏化太阳能电池的光阳极材料。

步骤如下;

(1)回收n719;先将达到使用期限的n719染料敏化太阳能电池拆开,将失效的光阳极用高纯度去离子水冲洗,之后放入无水乙醇中浸泡5分钟,放入通风橱中风干使乙醇挥发完全,然后在0.1mol/l的四丁基六氟磷酸铵的乙腈溶液中加负电压电解使n719脱落,当n719完全脱落后将光阳极取出,用去离子水冲洗,再从电解液中提取n719。

(2)分离表面沉积氟掺杂sno2的导电玻璃和纳米tio2将已经回收过光敏化剂的镀有纳米tio2的沉积氟掺杂sno2的导电玻璃用去离子水冲洗三次放入无水乙醇中浸泡5分钟,再用去离子水冲洗干净。取1mol/l稀硝酸放入容器中,将光阳极放入其中,将容器密封。放入恒温干燥箱中,将温度调到60度,保温24小时。取出容器后待温度降到室温后,在通风橱中取出光阳极放入去离子水中超声10分钟,使薄膜和导电基底分离,取出沉积氟掺杂sno2的导电玻璃清洗。

3、回收沉积氟掺杂sno2的导电玻璃和纳米tio2薄膜;回收纳米tio2薄膜

将分离了沉积氟掺杂sno2的导电玻璃的酸液过滤后,将过滤所得的纳米tio2放入高纯度去离子水中浸泡10分钟过滤,后在无水乙醇中浸泡5分钟再过滤,将过滤所得的纳米tio2放入恒温干燥箱烘干,回收纳米tio2。回收表面沉积氟掺杂sno2的导电玻璃;将分离后的沉积氟掺杂sno2的导电玻璃放入超声清洗机在去离子水中超声20分钟。用去污粉反复清洗沉积氟掺杂sno2的导电玻璃两遍,用去离子水冲洗干净。放入无水乙醇中浸泡5分钟,取出用高纯度去离子水反复冲洗。将清洗后的沉积氟掺杂sno2的导电玻璃放入恒温干燥箱烘干,回收沉积氟掺杂sno2的导电玻璃。

1、回收光敏化剂;先将达到使用期限的太阳能电池拆开,将失效的光阳极放入无水乙醇中浸泡5分钟再用无水乙醇冲洗一遍,放入通风橱风干,再通过对光阳极加负电压电解使光敏化剂脱落,当光敏化剂完全脱落后将光阳极取出待处理,再将电解液旋转蒸干从电解液中提取光敏化剂。

2、分离光阳极导电基底和纳米半导体薄膜;将光敏化剂脱落后的光阳极在去离子水中清洗干净后放入低浓度酸液中浸泡。将浸泡有光阳极的低浓度酸放入恒温箱60度保温24小时取出。将取出的光阳极在去离子水中超声10分钟使薄膜与导电基底分离。

3、回收纳米半导体材料和导电基底。回收纳米半导体材料

将分离了导电基底的酸液过滤后,在无水乙醇中浸泡5分钟过滤,将过滤所得的纳米半导体材料放入高纯度去离子水中浸泡10分钟过滤,将过滤所得的纳米半导体材料放入恒温干燥箱烘干,回收纳米半导体材料。

回收导电基底;将导电基底放入超声清洗机中超声20分钟,再用去污粉反复清洗导电基底两遍,用去离子水冲洗干净,放入无水乙醇中浸泡5分钟,取出用去离子水反复冲洗2遍。最后放入恒温干燥箱烘干,回收导电基底。

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